Presenilin功能缺失对大脑线粒体及凋亡途径的影响及其分子基础

大脑中presenilin基因"功能缺失"可导致无Aβ异常变化的早老性AD状神经变性。线粒体功能异常在神经元变性凋亡等病理过程中起着十分关键的作用，但人们对这些作用的认识几乎均基于AD的"Aβ假说"，对PS功能与线粒体功能及凋亡途径之间的关系及其独立于Aβ作用的早老性AD样神经变性的分子基础并不清楚。本课题利用PS条件性双敲神经变性小鼠和PS RNA干扰细胞模型，考察脑线粒体结构、功能及电子传递链各复合物活性的变化,分析参与线粒体动态分裂/融合过程的相关重要基因和蛋白的表达，研究PS功能缺失对大脑线粒体功能的影响及与神经元PARL-OPA1凋亡途径的作用关系及分子基础，以期较深入地阐明在无Aβ影响的状态下PS功能缺失对线粒体的病理性作用及其在早老性神经变性病因学中的意义。

阿尔兹海默症(Alzheimer disease, AD)是最为常见的中枢神经系统疾病，临床上治疗AD的药物常起缓解作用但不能真正治愈。我们研究发现，PS1、PS2条件性双敲 (PS conditional knock out，PS cDKO)的小鼠神经元线粒体的功能和形态异常，表现为膜电位的改变、嵴的破裂和融合蛋白OPA1的表达量下调等， 提示我们 PS 缺失有可能启动线粒体凋亡信号途径进而导致神经元凋亡、 神经退化和认知功能下降等。有研究表明抗凋亡蛋白PARL调控着线粒体膜蛋白 OPA1的剪切，从而调控嵴的结构和细胞色素C的释放。在Presenilins(PS)双敲除转基因模型动物，研究发现PARL与OPA1在RNA水平和蛋白水平均表达下调。在细胞模型上，我们证实 PS 缺失启动线粒体PS-PARL-OPA1凋亡信号途径进而导致神经元凋亡。围绕线粒体PS-PARL-OPA1凋亡途径，在 PS1 缺失的细胞模型中过表达PARL后，OPA1的下调随之恢复到正常水平，下游凋亡因子的表达和凋亡现象都出现显著的减弱或逆转，而在 PS1 缺失的细胞模型中过表达 OPA1后并不改变 PS1 和PARL的表达水平，凋亡现象未出现显著的改变，说明OPA1虽过表达但缺少PARL对其的剪切，仍无法行使其正常生理功能。因此，在 PS功能缺失状态下，PARL在线粒体凋亡通路中起着关键的调控作用。我们在研究中发现激活内质网轻度应激，能够使PARL的基因和蛋白表达水平升高，线粒体细胞色素 C表达上升，提示我们：内质网应激并不总是对细胞造成损伤，内质网轻度应激可能对线粒体依赖的PS-PARL-OPA1凋亡通路起到抑制作用，从而对细胞起到保护作用。因此，本研究为深入了解“PS功能缺失”与早老性神经变性的相互作用关系提供了重要的分子基础，也为深入了解“PS功能缺失”细胞中线粒体与内质网的相互作用关系提供了重要的分子基础。